Warum Controlled Environment Agriculture (CEA) die Zukunft der Landwirtschaft ist

Was ist CEA?

CEA ist eine Methode, um vollständig kontrollierte Umgebungen für den Anbau von Pflanzen zu schaffen. Dies wird manchmal auch als „vertikale Landwirtschaft“ oder „Indoor-Landwirtschaft“ bezeichnet. Wie der Name schon sagt, sind diese Anlagen von der Außenwelt abgeschottet. Alles, was Pflanzen in ihren verschiedenen Wachstumsstadien brauchen, darunter Wasser, Temperatur, Feuchtigkeit, Lüftung, Licht und CO₂, wird künstlich bereitgestellt.

Im Inneren einer CEA-Anlage werden Sie sehen, wie unter LED-Wachstumsleuchten mit hydroponischen (oder aquaponischen) Systemen produziert wird, die Wasser und Nährstoffe liefern. Heizgeräte, Ventilatoren, Entfeuchter, CO₂-Anreicherung, Befeuchter und Kühlgeräte werden eingesetzt, um das optimale Wachstumsklima zu regeln.

Durch diese überdachten, kontrollierten Mini-Ökosysteme können Pflanzen das ganze Jahr über angebaut werden. Sie sind vor Verunreinigungen von außen (einschließlich E. coli) geschützt und nutzen UV-Licht, um Bakterien zu entfernen.

Wenn Sie die Herausforderungen beseitigen können, die mit der traditionellen Landwirtschaft verbunden sind, sind die Folgen auf Produktion, langfristige Kosteneinsparungen und Umweltauswirkungen enorm. Schwere Maschinen, Pestizide, Herbizide oder Dünger werden deutlich weniger benötigt, und Sie verbrauchen deutlich weniger Wasser (CEA ermöglicht es uns, Nutzpflanzen mit 70 % bis 95 % weniger Wasser zu produzieren, als beim normalen Anbau erforderlich ist).

Die folgende Infografik zeigt die wichtigsten Wassereinsparungen von CEA (am Beispiel des Salatanbaus):

Die offensichtlichste Einsparung liegt in der Flächennutzung. Wenn Nutzpflanzen vertikal in einer eigens dafür gebauten Anlage gestapelt werden, haben Sie auf einem einzigen Indoor-Hektar etwa 4-6 Hektar Produktionsfläche.

Das hängt natürlich von der Nutzpflanze ab. Wenn Sie beispielsweise Erdbeeren anbauen, würde die traditionelle Landwirtschaft 30 Hektar benötigen, um dieselbe Menge wie ein Hektar vertikale Landwirtschaft zu produzieren.

Darüber hinaus sind die Ernteerträge in kontrollierten Umgebungen auch höher, da die Auswirkungen der Saisonalität reduziert werden. Jeder Tag ist ein perfekter Sommertag mit einer Fotoperiode, die lang genug ist, um maximales Wachstumspotenzial zu gewährleisten.

Nachteile

• Neue Technologien
• Hohe Anfangskosten
• Hohe Wartungskosten
• Erheblicher Energieverbrauch
• Bestäubung kann schwierig sein

Wie sieht CEA heute aus?

Trotz der Vorteile, die nach einer Vision der fernen Zukunft klingen, erweist sich die CEA bereits heute als maßgeblich für die Herstellung pharmazeutischer Produkte. Insbesondere die Cannabisproduktion für Arzneimittel, Kosmetika und Nahrungsergänzungsmittel. Da immer mehr Länder Lizenzen einführen und Gesetze lockern, wird die Cannabis-Industrie explodieren, wobei der europäische CBD-Markt bis 2023 voraussichtlich um über 400 % wachsen wird.

Cannabis ist eine hochwertige Kultur, die konsistente und absolute Bedingungen benötigt, um einen Ertrag zu erzielen, der den geforderten Standards entspricht. CEA-Methoden automatisieren dieses Kontrollniveau und maximieren Praktikabilität und Rentabilität des Cannabisanbaus.

Kleinanlagen

Einige landwirtschaftliche Betriebe und Hofläden konnten von kleinen CEA-Anlagen profitieren, um ihre Erzeugnisse zu diversifizieren. Blumen, Kräuter und Mikrosalate eignen sich gut für CEA-Anlagen, da der Platz maximiert werden kann. Dies hat dazu beigetragen, ihre Lieferketten zu reduzieren und ihren Kunden konsistente, qualitativ hochwertige Produkte anzubieten, die lokal nur schwer zu beschaffen sind.

Die größte Herausforderung für die Annahme der CEA für traditionelle und regionale Landwirte besteht darin, die notwendige Unterstützung und das Fachwissen für die Einrichtung der Anlage zu erhalten. Es gibt Organisationen, die diese Unterstützung anbieten können, einschließlich der Ausrüstung, die für den Aufbau einer CEA-Kleinanlage erforderlich ist.

„In zunehmendem Maße ist es nicht mehr erforderlich, CEA-Ausrüstung von einem einzigen Anbieter zu kaufen, wie etwa solche, die voll ausgestattete Containereinheiten oder gleichwertige Anlagen anbieten“, erklärt Dr. William Stiles von Vertikit, einer Organisation, die die besten Technologien in einem einzigen Shop für CEA und vertikale Landwirtschaft vereint, um die Entwicklung der Branche zu unterstützen.

„Immer mehr Hersteller spezialisieren sich auf die Komponenten, die für die Schaffung einer kontrollierten Umgebung erforderlich sind, wie z. B. Beleuchtungs- oder Umgebungssteuerungsgeräte, anstatt zu versuchen, ‚schlüsselfertige‘ Lösungen zu verkaufen.“

„Dies bietet Erzeugern die Möglichkeit, das richtige Gerät für ihre spezifischen Bedürfnisse auszuwählen, und bietet das Potenzial, die Entwicklung dieses Marktes zu verändern. Die Bereitstellung von umfassenden Gesamtsystemen war für die aufstrebende Branche ein Problem, da die erforderlichen Kapitalinvestitionen für eine maßgeschneiderte Lösung hoch sind und die Fähigkeit, zwischen Technologieoptionen zu unterscheiden, eine große Herausforderung darstellt.“

Wie bei jeder neuen Technologie ist es verständlich, dass die Aufnahme der CEA auf einige Skepsis stößt. Vorabinvestitionen und wirtschaftliche Durchführbarkeit sind berechtigte Bedenken. Es besteht jedoch ein langfristiges Potenzial für die Diversifizierung der Erzeugnisse, insbesondere wenn staatliche Zuschüsse zur Verfügung stehen, um die finanzielle Belastung für die Einrichtung einer Anlage zu verringern.

Indoor-Landwirtschaft gewinnt bereits bei Supermärkten, Einzelhändlern, Pharmaunternehmen und Investoren an Interesse. Aber noch wichtiger ist, dass es die Veränderung sein kann, die notwendig ist, damit wir die vor uns liegenden Herausforderungen der Nahrungsmittelversorgung meistern können.

Landwirtschaft für die Zukunft

Die Weltbevölkerung liegt heute bei 7,8 Milliarden und wird bis 2050 voraussichtlich 9,7 Milliarden erreichen. Die aktuelle Prognose geht davon aus, dass wir die weltweite Lebensmittelproduktion um bis zu 70 % steigern müssen, um alle zu ernähren. Schlimmer noch, wir werden zusätzliche 20 % der Fläche benötigen, um dies mit den aktuellen landwirtschaftlichen Praktiken zu erreichen.

Der Klimawandel wirkt sich bereits auf Landwirte auf der ganzen Welt aus, da extreme Wettermuster, einschließlich Überschwemmungen und Hitzewellen, sowohl in der Häufigkeit als auch in der Intensität zunehmen.

Darüber hinaus ist eine zunehmende Abhängigkeit von chemischen Herbiziden und Pestiziden nicht nur für Landwirte, sondern auch für die natürlichen Ökosysteme und organischen Substanzen, die für die Erhaltung der Bodenqualität erforderlich sind, mit höheren Kosten verbunden.

CEA kann dazu beitragen, positive Schritte in Richtung einer nachhaltigeren und rentableren Zukunft zu unternehmen, indem der Wasserverbrauch, der Bedarf an chemischen Eingriffen, die Logistik und die Landnutzung verringert werden. Tatsächlich nutzen Landwirte in Saudi-Arabien CEA, um frische Produkte anzubauen, was bei den glühenden Außentemperaturen des Landes nahezu unmöglich wäre, sich aber aufgrund des reichhaltigen Sonnenlichts für Solarenergie ideal geeignet.

Laut einem Bericht der Boston Consulting Group (BCG) wird rund ein Drittel der weltweit produzierten Lebensmittel verschwendet, wobei ein Großteil dieser Verluste entlang der globalen Lieferkette auftritt. Insgesamt entspricht dies 1,6 Milliarden Tonnen Nahrungsmitteln im Wert von etwa 1,2 Billionen $.

CEA ermöglicht den lokalen Anbau schnell vermarktbarer Produkte, die dort gekauft und konsumiert werden können, wo sie produziert werden, mit der Rückverfolgbarkeit und Integrität, die Lebensmittellieferketten verlangen.

Anstatt ihre Erzeugnisse in die ganze Welt zu verschiffen, können Landwirte CEA nutzen, um eine größere Vielfalt an Erzeugnissen lokal anzubauen. Davon profitieren alle Beteiligten in der Lieferkette – bis hin zum Verbraucher. Neben einer besseren Produktauswahl ermöglicht CEA die Lieferung von Lebensmitteln von gleichbleibender Qualität und Menge. Außerdem werden keine Konservierungsmittel oder Wachsbeschichtungen benötigt, um Produkte für den Verbraucher frisch zu halten.

Aus ökologischer Sicht stellte das WorldWatch Institute fest, dass das herkömmliche Lebensmittelvertriebssystem 4 bis 17 Mal mehr CO2 verbraucht als die lokalen und regionalen Systeme.

Was ist die Chance für regionale Landwirte?

Viele der oben erwähnten ökologischen und industriellen Veränderungen wirken sich bereits auf Landwirte aus und verschärfen die Sorgen um die Ernährungssicherheit. Es ist an der Zeit, neue Praktiken einzuführen, die zu ihrer Überwindung beitragen werden.

CEA ist seit einigen Jahren ein heißes Thema und ein schnell wachsender Sektor: der weltweite Markt für die vertikale Landwirtschaft wurde 2019 auf 3,12 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2027 voraussichtlich 16,77 Mrd. USD erreichen.

Für eine breite Akzeptanz ist es jedoch wichtig, aufzuzeigen, wie Lebensmittelhersteller heute und in Zukunft von CEA-Methoden profitieren können.

Was sind derzeit die konkreten Vorteile für regionale Landwirte?

Maximieren des Wachstums 365 Tage im Jahr

Die Natur ist unberechenbar, aber unter gleichbleibend optimalen Bedingungen können Sie Wachstumsrate und Produktqualität garantieren.

Wachstum kontrollieren

Synchronisieren Sie das Optimum von Lichtspektren, Nährstoffaufnahme und Verdunstung mit den verschiedenen Wachstumsphasen einer Kultur für optimale Erträge und Qualität.

Weniger manuelle Arbeit

Das Nutzpflanzenmanagement kann durch eine einzige Person mithilfe digitaler Anwendungen automatisiert oder gesteuert werden.

Geringere Abhängigkeit von Chemikalien

Indem Nutzpflanzen aus Umgebungen mit Schädlingen und Unkräutern entfernt werden, wird der Bedarf an teuren und schädlichen Chemikalien reduziert, um sie sicher zu halten. UV-Licht kann auch verwendet werden, um Verunreinigungen zu kontrollieren.

Geringerer Wasserverbrauch

Die allgemeine Bewässerung, die in traditionellen Landwirtschaftsmethoden zur Bewässerung von Pflanzen verwendet wird, führt zu einem höheren Wasserbedarf als in einer CEA-Anlage.

Bessere Nutzung von Betriebsmitteln

Ohne auf riesige Flächen angewiesen zu sein, ermöglicht CEA mehr Wachstum pro Hektar als herkömmliche Landwirtschaft. Sie können sogar Ställe und bestehende Gebäude in CEA-Anlagen umbauen.

Nutzen Sie die Vorteile staatlicher Programme voll aus

Im Vereinigten Königreich und in Europa basieren viele landwirtschaftliche Entscheidungen in Bezug auf Nutzpflanzen darauf, welche staatlichen Subventionen zum jeweiligen Zeitpunkt verfügbar sind. Um eine umweltbewusstere Landbewirtschaftung zu fördern, stehen der CEA eine Reihe von Zuschüssen zur Verfügung.

Ist CEA wirklich machbar?

Um die Investition erreichbarer zu machen, kann eine kleine CEA-Anlage als Agrargerät betrachtet werden. Das bedeutet, dass Sie die Investition genauso angehen können, wie Sie es bei neuen Maschinen tun würden, die Ihre Leistung steigern – wie zum Beispiel bei einem Mähdrescher.

Mit dem richtigen Fachwissen können Landwirte mit einer kleinen Anlage beginnen, um die Kapitalrendite zu testen und gleichzeitig die Anfangsinvestition zu minimieren.

„Durch den Kauf von Komponenten eines CEA-Betriebs anstelle von Komplettlösungen ist es möglich, bestehende Gartenbaubetriebe zu verbessern oder neue Betriebe auf einfacherer und kostengünstigerer Basis zu eröffnen“, so Dr. Stiles.

„So können Erzeuger ohne die enormen Eintrittsbarrieren experimentieren und Systeme entwickeln, die für ihre Kultur, ihre Umstände und Ziele optimiert sind. Dies ist in vielerlei Hinsicht eine wesentliche Entwicklung für die CEA-Branche, da argumentiert werden könnte, dass sich der bestehende Sektor von oben nach unten und nicht von unten nach oben entwickelt hat.“

„Viele Early Adopter wollten von Anfang an große fabrikenartige Anlagen perfektionieren, was wegen der enorm hohen Kosten der Technologie notwendig war. Dadurch hat man das erforderliche Lernen beim Perfektionieren derartiger Systeme übersprungen, was zum Teil auch der Grund ist, warum bisher so viele Systeme ausgefallen sind.“

Mit Kräutern, Blumen, Blattprodukten und Gemüse, die nicht zu tief oder zu hoch im Boden wachsen, können Sie Ebenen von Pflanzen in einem Gebäude stapeln. Und Sie müssen nicht immer in Spezialkonstruktionen investieren – vielleicht können Sie Ställe und andere leere Räumlichkeiten umfunktionieren, um vertikal oder horizontal gestapelte Ebenen für die Produktion unterzubringen.

Tatsächlich wurden kontrollierte Anbauumgebungen in Schiffscontainern, Garagen, unterirdischen Tunneln und sogar aufgegebenen Minenschächten untergebracht. Dies zeichnet ein viel realistischeres Bild als die Ungetüme von Wolkenkratzern, die in vielen ehrgeizigen Artikeln über CEA zu sehen sind. Sowohl aus bautechnischer als auch aus landwirtschaftlicher Sicht sollte die CEA jedoch immer auf die Bedürfnisse spezifischer Produktionsanforderungen optimiert werden.

Jeder Schritt der landwirtschaftlichen Lieferkette erkennt bereits die Vorteile von CEA. Wie bereits erwähnt, können Sie im kleinen Maßstab beginnen und das Potenzial zur Diversifizierung Ihrer Erzeugnisse vor Ort testen und besser vorbereitet sein, wenn CEA in Zukunft ganz normal wird. Hier sind die Grundprinzipien, die Sie beachten sollten, bevor Sie beginnen:

Feuchteregelung

Entfeuchter ermöglichen es Ihnen, die Nährstoffaufnahme von Pflanzen aktiv zu steuern, indem Sie die Wassermenge in der Atmosphäre für eine optimale Verdunstung regeln.

Steuerung der Temperatur

Zusätzlich zu den Auswirkungen auf die relative Feuchte in einer Einrichtung sind Heiz- und Lüftungsgeräte erforderlich, um während der wärmeren oder kälteren Monate gleichbleibende Bedingungen aufrechtzuerhalten und die durch die Beleuchtung erzeugte Wärme auszugleichen.

Wachstumsleuchten

LED-Wachstumsleuchten werden verwendet, um Pflanzen mit allen Nährstoffen zu versorgen, die sie normalerweise von der Sonne erhalten würden. Diese vollständig kontrollierte Beleuchtung kann dazu verwendet werden, die Art und Weise zu verändern, wie Pflanzen wachsen, wenn sie blühen, und wie sie schmecken, indem man das Lichtspektrum variiert, das in verschiedenen Wachstumsphasen verwendet wird.

Hydroponik

Anders als bei traditioneller Bewässerung verteilt die Hydroponik eine nährstoffreiche Lösung direkt an die Wurzeln der Pflanzen.

Aquaponik

Als Alternative zur Hydroponik bringt Aquaponik mehr Sauerstoff in die Wurzelzone, um Pflanzen zu besseren Leistungen zu verhelfen. Die Pflanzen erhalten ihre Nährstoffe aus einem Nebel, der Nährstoffe und Wasser enthält.

Erfolgreiche CEA setzt auf die Verwendung der oben genannten Konfigurationen zur Optimierung von Klima, Licht und Raum:

„Im Mittelpunkt jedes CEA-Systems muss ein Verständnis für die Anforderungen der Pflanzen stehen, die Sie anbauen möchten“, erklärt Dr. Stiles. „Wenn Sie verstehen, was sie brauchen, welche Umgebungsbedingungen für ihr Wachstum am günstigsten sind, können diese Bedingungen in einer kontrollierten Umgebung künstlich geschaffen werden.“

„Darüber hinaus, und vielleicht interessanter, ist auch ein Verständnis des Potenzials einer Anlage von Vorteil. Es ist durchaus möglich, das Pflanzenwachstum oder die von ihnen produzierten Phytochemikalien zu verändern, indem man die Umweltbedingungen abändert. Auf diese Weise gibt es Möglichkeiten, mithilfe dieser Technologie neuartige Lebensmittel- oder Pharmaprodukte zu entwickeln, die den Erzeugern enorme Chancen bieten können.“

Beginnen Sie Ihre Innovationen mit Dantherm

Wir sind überzeugt, dass Vor-Ort-Recherche, starke Kundenbeziehungen und ein Netzwerk von Fachwissen der Schlüssel sind, um aus allen aufkommenden Trends oder Technologien das Beste herauszuholen. Diese Herangehensweise basiert auf unserer jahrelangen Erfahrung in der Agrarindustrie; speziell für die Bereitstellung von Klimaregelungslösungen für eine Reihe von Anwendungen, wie beispielsweise:

• Spezialanbau
• Handwerklich hergestellte Lebensmittel
• Silolager
• Kühl- und Gefrierräume
• Nahrungsmittel- und Getränkeproduktion
• Tierschutz
• Süßwaren
• Schutz von Landmaschinen

Mit unserem umfangreichen Produktsortiment und unserer Expertise im Bereich landwirtschaftlicher Anwendungen verfügt Dantherm über das spezifische Branchenwissen, um Ihre aktuellen landwirtschaftlichen Praktiken zu verbessern und die Möglichkeiten der CEA zu nutzen.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, was CEA für Ihr Unternehmen bedeuten könnte, oder wenn Sie mehr über unsere Klimaregelungslösungen für die Landwirtschaft erfahren möchten, wenden Sie sich bitte über das unten stehende Formular an unser Team.